Вчені зафіксували «Електрони-Усмішки», що пояснюють космічну погоду

Науковці підтвердили виявлення унікальної конфігурації, відомої як «усміхнені електрони», у захисному магнітному полі Землі. Це відкриття надає важливі відомості про механізми подій магнітного перез’єднання, які є першопричиною збурень космічної погоди. Результати дослідження, опублікованого у виданні Nature: Communications Physics, були представлені командою під керівництвом Джейсона Шустера, наукового співробітника-асистента кафедри фізики Університету Нью-Гемпшира (UNH).

Шустер, який протягом останніх 16 років вивчав магнітне перез’єднання, розробив нову методологію для візуалізації даних про швидкість електронів. Цей підхід був застосований до спостережень, зібраних під час місії Magnetospheric Multiscale (MMS). Унікальна дугоподібна, схожа на усмішку, конфігурація електронів була зафіксована саме в зоні електронної дифузії (EDR). Ця EDR є критично важливою областю, де магнітне поле Землі взаємодіє із сонячним вітром, і досі вона залишалася маловивченою через обмежені можливості детального зондування.

Структура «усмішки» тепер слугує своєрідною «картою» для розуміння механізмів передачі енергії у космічному просторі. Магнітне перез’єднання — це процес раптової перебудови ліній магнітного поля, що вивільняє значну енергію, і він є фундаментальним для астрофізичних процесів у Всесвіті. Метою роботи було з’ясувати дії електронів у магнітосфері для побудови повної картини процесів усередині цих сайтів перез’єднання, як зазначив Шустер. Успіх у розумінні цього явища дозволить значно покращити прогнозування подій космічної погоди.

Космічна погода, спричинена сонячними спалахами та корональними викидами маси, може серйозно впливати на життєво важливу інфраструктуру, включаючи супутники, системи зв’язку та GPS-навігацію. Наприклад, геомагнітна буря 1989 року спричинила повне знеструмлення провінції Квебек, Канада. Місія MMS, запущена NASA 13 березня 2015 року, використовує чотири апарати у тетраедричному формуванні для вивчення мікрофізики перез’єднання, фіксуючи вимірювання у 100 разів швидше, ніж попередні місії.

Відкриття цієї «усміхненої» структури електронів має ширше застосування, оскільки цей шаблон, виявлений на межі магнітного поля Землі, релевантний для розуміння плазмових середовищ у всьому Всесвіті. Це стосується областей поблизу чорних дір, магнітосфер інших планет та пристроїв магнітного утримання термоядерного синтезу. Дослідження, профінансоване NASA, підкреслює, що розуміння магнітного перез’єднання є критичним для розвитку термоядерної енергетики, оскільки цей процес впливає на стабільність термоядерних реакторів, таких як токамаки. Здатність прогнозувати ці неминучі екстремальні сонячні події підвищує стійкість національної безпеки та економіки.